港理工张标AFM：可规模生产！用于稳定锌粉负极的半液态电极

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与锌箔负极相比，锌粉负极具有很大的通用性，但具有高表面积的粗糙表面加剧了腐蚀和枝晶生长。

在此，香港理工大学张标教授等人通过将锌粉与双导电（离子和电子）聚乙二醇 (PEG)-Zn²⁺/碳复合基底混合来设计半液态负极（SLA）。首先，将商业锌微粒和Super P添加到含有高氯酸锌六水合物（质量比= 2:1）的PEG（MW = 400）中。随后，将混合物研磨形成均匀的胶体分散体并涂在不锈钢上以形成SLA。半液态材料是金属颗粒和液体等特定含量的两相物质直接混合而成的非牛顿流体，这种均匀的胶体分散体表现出振动时的流动性和类似液体的流变（剪切稀化）特性。

研究表明，SLA的主要特征包括以下几个方面：i）SLA具有剪切应变的流变特性，可有效消除应力并诱导无枝晶Zn沉积；ii）双导电网络使Zn²⁺通量均匀化并诱导剥离/电镀发生在电极的整个体积内；iii）SLA中的PEG具有防腐特性；iv）简单的制造技术和具有成本效益的原材料有利于扩大应用。

图1. SLA的耐腐蚀性和沉积行为

因此，在5 mA cm^-2、5 mAh cm^-2条件下，SLA和锌箔负极的循环寿命分别为450 和50小时。甚至在10 mA cm^-2、10 mAh cm^-2条件下，SLA仍可正常工作超过100小时。此外，与其他报道的基于锌粉的负极相比，SLA 在5和10 mA cm^-2下分别可实现2250和1000 mAh cm^-2的令人印象深刻的累积容量。同时，Cu//SLA 电池在5 mA cm^-2下可提供98.5%的高平均CE及在短暂的激活过程后稳定的过电位，优于使用锌箔和锌粉的电池。

更重要的是，基于SLA负极与钒基正极耦合组装的全电池即使在10 A g^-1下经过5000次循环后仍保持接近120 mAh g^-1的容量。总之，这项研究提出的方法有望进一步扩展到其他具有粉末活性材料的金属电池系统。无需复杂的化学处理，这种负极合成的简单性使其对潜在的放大生产极具吸引力。

图2. 与钒基正极耦合组装的全电池性能

A Semi-Liquid Electrode toward Stable Zn Powder Anode, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210290

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用户研究成果已发表在Nature Catalysis、JACS、Angew.、AM、AEM、AFM、EES等国际顶级期刊。

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